И снова - про измерение искажений

[bukvarev]

Ниже - материал, посвященный оценке искажений элементов звуковоспроизводящего тракта.
Файл упаковал посильнее, по ссылкам в тексте - картинки в нормальном разрешении и звуковые файлы.

Способ определ&#10.pdf

20.03.2016 Создал новые каталоги в облаке. Основная ссылка проекта: https://drive.google.com/folderview?...Dg&usp=sharing
Старые ссылки из ранних постов позже снесу или обновлю.
В папке "МОДЕЛЬ MATLAB" буду выкладывать файлы программ. Пока выложил функцию генератора тестовых файлов "test_file_generator.m".
В ближайшем будущем напишу развернутое описание, как пользоваться ключами, с примерами.
Теперь есть возможность создания теста по своему вкусу любому, кто захочет .
В папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" буду выкладывать или обновлять/заменять тестовые файлы. Пока там следующие файлы:
TEST-RAND-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум с равномерным распределением)
TEST-NORM-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум звуковой полосы с нормальным распределением)
TEST-PINK-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav ("розовый" шум по DIN)
TEST-FILE--FRNT-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Together" Front 242)
TEST-FILE--HOSA-48000Hz-1ch-16x-4s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Hosanna" Вебера)
TEST-FILE--JOVI-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "We Don*t Run" Bon Jovi)
TEST-FILE--META-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Dirty Window" Metallica)
Все вышеперечисленные файлы имеют одноименные текстовые файлы с отчетом функции "test_file_generator.m".
Также в папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" создан подкаталог "ИСХОДНЫЕ ФАЙЛЫ", в котором содержатся муз. произведения, использованные при генерации тестовых файлов. Если кому интересно, может сам повторить синтез, введя в командной строке Matlab вызов ф-и test_file_generator.m с соответствуюшими параметрами.

31.03.2016 Обновил файлы моделей : https://drive.google.com/folderview?...zQ&usp=sharing
1. Теперь поиск маркеров стал быстрым (применил комбинированный алгоритм поиска вместо согласованной фильтрации по всему файлу). Открывается возможность "без тормозов" анализировать файлы с очень большим количеством проб - больше 100.
2. В очередной раз скорректирован список рассчитываемых параметров:
-> profile noise level (RMS, ref to 0 dB garm RMS): -111.80 dB - уровень шума по отношению к полной шкале. Характеризует уровень шума паузы в анализируемом тракте. От уровня записи не зависит.
-> average signal to noise ratio: 111.57 dB - реальное отношение мощности тестового сигнала к уровню шума (оно зависит от уровня записи ).
-> signal power deviation to signal, RMS: -44.74 dB - относительное изменение мощности тестового сигнала от пробы к пробе. Косвенно характеризует временнОй уход коэффициента передачи в измеряемом тракте, насколько "дышит" система. Если эта величина значительно больше уровня шума, то есть проблемы со стабильностью системы.
-> FIND (Relative Distortion Power): -88.58 dB - это отношение мощностей продуктов искажений и тестового сигнала. Собственно, "Коэффициент нелинейных искажений".
-> distortion power deviation to distortion average waveform, RMS: 9.45 dB - среднеквадратическое отклонение мощности продуктов искажений от пробы к пробе. Характеризует отношение "нестационарной" составляющей искажений (динамические амплитудные, фазовые, джиттер) к "стационарной" (нелинейность ААХ и усредненные тепловые шумы). Очень условно, данный параметр показывает, в какой степени можно ожидать расхождения результатов классического измерения КНИ и предложенного способа. Если данное отношение значительно меньше 0, то следует ожидать близких результатов. В противном случае есть шанс получить "плохо звучащий аппарат" при его малом Kr.
-> (distortion average waveform power to noise ratio: 13.07 dB) - среднее превышение мощности продуктов искажений над шумом (условная заметность).
И два параметра, характеризующих наихудший случай из всех проб:
-> FIND worst estimation (peak): -82.66 dB
-> (worst case distortion power to noise ratio: 28.91 dB) .

Переписка Теоретика с ИГВИНом по теме предложенного способа. Простое объяснение.

переписка

ИГВИН:
У меня есть предположение, что усилители (и прочие девайсы) нужно измерять в естественной среде их обитания - т.е. непосредственно в составе системы. В ходе воспроизведения музыки. Кажется Букварёв такое делает, но я что-то его плохо понимаю.

Teoretic:
Да. Букварев, Гапонов и К. Ребята нащупали универсальный метод измерения нелинейности именно на музыкальном сигнале. Мощность современных компьютеров позволяет это проделывать даже любителям.
Суть понять не трудно. Методика позволяет сравнить исходный сигнал с воспроизведенным и нечувствительна к линейным искажениям (это бич всех компенсационных/векторных методов). Примеры разностных файлов (чистые нелинейные искажения) можно послушать (выложены по ссылкам в теме https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=72049 )

ИГВИН:
По Букваревской методике надо мне разобраться в сути.
Что с чем сравниваем, как именно. Мельком я не понял.

Teoretic:
В двух словах. Берем музыкальный фрагмент. Пропускаем его через тракт (какой хотите, вплоть до динамиков), записываем результат. Преобразуем фрагмент. Снова пропускаем его через тракт и делаем обратное преобразование. Вычитаем из первого фрагмента второй. Результат (разностный сигнал) соответствует только нелинейным искажениям тракта.

ИГВИН:
Спасибо, суть понятна. Неясно, как это выполнить практически.

Teoretic:
Практически все выполняется на компьютере с хорошей звуковой картой.
Вывод через карту и запись обратно в комп тоже.
Преобразуем - это математика, преобразование Гильберта для исходного фрагмента, потом - обратное преобразование Гильберта, вычитание сигналов. Все в цифре. Букварев пока что это делает в Матлабе (ну, ему так удобнее), программы для пользователя еще не существует.

ИГВИН:
Метод теоретически хорош. Как быть с антиалисинговым фильтром, искажениями АЦП... преобразование возможно без искажения?... искажениями ЦАП и пост-фильтра - пусть авторы метода решают это практически.
И я всё-таки не понимаю, что такое "ортогональный сигнал". И почему после его прохождения через усилитель образуются какие-то другие искажения.

Teoretic:
Преобразование Гильберта сдвигает все спектральные составляющие исходного сигнала на 90 градусов.
Поэтому преобразованный сигнал "ортогональный". В принципе, это все.
Если в тракте есть нелинейные искажения, то прямой и ортогональный сигнал будут искажены по-разному.
Из ортогонального сигнала восстанавливаем обратно прямой. По разнице не преобразованного и восстановленного сигнала судим об искажениях. Эту разницу можно просто послушать.
Меру для величины таким образом полученных искажений еще не определили.

ИГВИН:
Сдвигает по фазе на 90 градусов? Относительно чего? Основная (первая) гармоника остаётся в своей фазе? или тоже отъезжает на 90?
Чем это отличается от задержки?

Teoretic:
Все гармоники сдвигаются на 90 градусов относительно гармоник исходного сигнала. Это совсем не задержка. При временной задержке сдвиг фазы пропорционален частоте, а у нас фаза постоянна. Это идеальный фазовращатель.

Мне самому стало интересно.
Я взял простой сигнал: меандр с ограниченным спектром (от первой до одиннадцатой гармоники):
h(x)=cos(x)-cos(3*x)/3+cos(5*x)/5-cos(7*x)/7+cos(9*x)/9-cos(11*x)/11
После сдвига всех гармоник на 90 градусов получим сигнал
g(x)=sin(x)-sin(3*x)/3+sin(5*x)/5-sin(7*x)/7+sin(9*x)/9-sin(11*x)/11
(все косинусы стали синусами).
И построил их графики. Вот они, "ортогональные" сигналы:
https://drive.google.com/open?id=0B8...GJwZTR6VFk4NTQ

ИГВИН:
Вижу. Здорово!!!
Интегралы по площади равны, форма сильно разная.

Теперь дайте подумать...
Итак, мы смотрим искажения двух разных сигналов. В идеальном случае оба не искажены.
В реале из-за различий формы будут разные амплитудные искажения.
Сравниваем их.
Чем меньше разница - тем меньше зависимость искажения vs амплитуда. То есть устройство более линейно.
Как будто сходится - метод теоретически должен работать.

[свернуть]

09.02.2018 КАК ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЯ (ВРЕМЕННЫЙ СПОЙЛЕР)

Скрытый текст

По ссылке находятся десять тестовых файлов: https://drive.google.com/drive/folde...b_?usp=sharing

Эти файлы делятся на группы по названию:
тесты определения коэффициента гармоник и шумовой полки
-test-1KHz-48.wav
-test_multitone_48.wav

тесты на основе FFT фильтра
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-EN-48KHz.wav

тесты на основе БИХ фильтра Чебшева
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-EN-48KHz.wav

Длительность файлов - 1 минута

Нужно их воспроизвести и записать с выхода усилителя (каскада). Частота дискретизации - 48 КГц, очень желательно использовать при записи режим ASIO.
При использовании для воспроизведения и записи двух различных звуковых карт, их лучше всего синхронизировать по SPDIF.
В крайнем случае, воспроизвести и записать как есть, на внутренних частотах карт.

Стерео или моно - без разницы. Если в разных каналах будут разные сигналы (к примеру, со входа и выхода усилителя), то нужно об этом написать в названии файла.
Самое главное - главное - правильно записать на саму карту. Уровень записи на звуковой карте лучше делать в пределах -20..-10 дБ при испытательном файле 1 КГц (-test-1KHz-48.wav). Это делается внешним делителем напряжения. Все регуляторы уровня в микшерах - на 100% (это проверить с помощью соединения входа и выхода карты напрямую коротким шнурком), все эффекты - отключены.

Вначале записать сигнал напрямую, чтобы привязаться к "сквозному каналу".

Потом включить в тракт усилитель под нагрузкой, и записать повторно. Записанные файлы назвать, как считаете нужным.

Между записями разных файлов ничего в системе не изменять.

Потом заменить усилитель (если есть желание и возможность измерить несколько аппаратов), и повторить запись.

По минимуму нужно записать первые шесть файлов из списка. Обязательно записывать ЦЕЛИКОМ. Можно даже оставить в начале и в конце паузы.

[свернуть]

Ссылки на две интересные темы:
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=35395
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=34487

[hydr]

Легко.
Возможно, наш мозг декодирует музыкальные инструменты и вообще звуки таким образом, что запоминает для каждого из них собственное подпространство, поэтому каждый образ представлен минимальным количеством векторов, которые требуется запомнить (точнее, закон преобразования системы координат). Это - очень рационально, если источник звука содержит гармонический ряд, то он не искажается по составу при прохождении через среду распространения.
Тогда нам действительно, в первом приближении, без разницы, меандр или "пила".

А вообще, я лично полностью поддерживаю Игоря Гапонова в его предложении не лезть в мозг, а обеспечить точную передачу стимула до барабанной перепонки.
Это можно попробовать сделать уже сейчас.
И эффект должен быть колоссальным. На фоне него все эти "ОООС vs безОООС" покажутся совсем несущественным. Крохи, из-за которых сейчас почему-то происходят бессмысленные "балалии".

Тоже поддерживаю предложение не лезть в мозг, для этого есть врачи разной специализации.

В своем 1024, как мне показалось, внятно изложил почему Ваши попытки создать новую систему оценки верности передачи информации на основе спектрального подхода, бессмысленны.

К сожалению не могу признать Ваш ответ ни рациональным ни базисным.

С уважением hydr.

[Johny]

А Вы подумайте..

.....
И всё!
Маловато будет....

---------- Сообщение добавлено 13:18 ---------- Предыдущее сообщение было 13:16 ----------

включаете запись отобранных фронтов, спадов и перепадов

....
Что-то Вы зациклились на черном юморе.
Может что-нибудь по-существу темы?

[bukvarev]

Вы мне можете не верить, но тумблер для таких сравнений - плохой вариант.
Поймите, я ведь все это пишу совсем не для того, чтобы доказать, что однотактник лучше. Просто мне будет жаль, если на основе неверных данных, вы сделаете неправильные выводы и не получите искомый результат, который уже забрезжил на горизонте.

Но почему, если делаю эксперимент, то именно по части безОООСника оказывается, что все не так. И тумблер, и источник, и.т.д. Одни сплошные "НО".
Всегда чего-то не хватает, то-то да не то.. Был проведен честный эксперимент, и я не ставил аппараты в неравные условия, скорее наоборот, фора была у безОООСника. И тумблер был один на всех.

Андрей - профессионал, c прекрасным слухом. Испытания слепые. Он сказал, что в данном случае, источника хватило для выявления разницы. Мне нет причины ему не доверять. К тому же, если я сам все слышу.

[bukvarev]

В своем 1024, как мне показалось, внятно изложил почему Ваши попытки создать новую систему оценки верности передачи информации на основе спектрального подхода, бессмысленны.

В Вашем посте 1024 есть два тезиса:
1. важность атак для анализа ("Другими словами без анализа переходных характеристик рассуждать о верности передачи информации бессмысленно.") и
2. вопрос о применимости суперпозиции для анализа нелинейных процессов ("Делаем маленький шаг, разбираемся применимо ли наложение в общем случае к нелинейным системам?").

А потом, не разобравшись, выдали вердикт:

К сожалению не могу признать Ваш ответ ни рациональным ни базисным.

А если бы Вы внимательно разобрались в том, что предлагается, то поняли бы, что предлагается учитывать переходные процессы реального сигнала и не применять "наложение" (те самые "дырки" усеченного пространства сигналов). Да еще с учетом закона сохранения энергии, который одинаково работает и в линейных, и в нелинейных
системах.
А то, что при обработке используется Фурье преобразование, и данные отображаются в частотной области, так что же в этом плохого?
Только то, что люди видят "спектр", и срабатывает рефлекс .

А если реально посмотреть, что сейчас получилось:
Предложен способ, который дает очень неплохую оценку качества усилителя.
Раньше как было: измерили Kr безОООСника, получили "минус" 70 дБ, и сразу вердикт - "Фу, отстой!". Но люди слушали и не слышали этого "отстоя".
А у другого усилителя Kr -110, но звук - "отстой". Теперь я могу получить более адекватную оценку. Выходит, что не нужно измерять Kr. И почему не нужно - обосновано.
Это что, по Вашему, не инновация? Попробуйте для начала измерить таким образом аппараты, сравните по слуху, адекватен ли способ.

Да, возможны еще нерешенные вопросы, но надеюсь, это - дело времени. А так можно до бесконечности искать "миллидрахмы" и быть неудовлетворенным "идеологией".

[Teoretic]

это очень разные сигналы, т.к. они различаются по скорости изменения (нарастания/спада) напряжения.

Если вы имеете в виду производную по времени, то нет. Максимальная скорость изменения напряжения сигналов одинакова (легко проверяется непосредственным вычислением).

[Semigor]

Но почему, если делаю эксперимент, то именно по части безОООСника оказывается, что все не так. И тумблер, и источник, и.т.д. Одни сплошные "НО".

Причем тут только безосник? Это касается в равной степени обоих усилителей.

Всегда чего-то не хватает, то-то да не то.. Был проведен честный эксперимент, и я не ставил аппараты в неравные условия, скорее наоборот, фора была у безОООСника. И тумблер был один на всех.

Давайте приведу пример. Я решил сравнить Порше 911 и Ниссан GTR, залив в них 92-й бензин,(EMU), и обув во всесезонку Камского шинного завода, (тумблер). Они, наверное, при этом все равно поедут по-разному, но никаких верных выводов об их ездовых качествах мне сделать не удастся.

Андрей - профессионал, c прекрасным слухом.

Я знаю. Мы с ним давно знакомы заочно. Однако профессионализм в этом деле бывает, что и мешает. Очень многим моим знакомым музыкантам вообще по барабану на чем музыку слушать, у них она в голове играет как надо.

[Orion33]

Вы мне можете не верить, но тумблер для таких сравнений - плохой вариант.

При наличии тумблера оба усилителя находятся в равных условиях. Эзотерику, что он может "нагадить" больше, чем жутко нелинейный элемент, обычно разводят на "известном портале", как сказал Алекс.

[bukvarev]

Я знаю. Мы с ним давно знакомы заочно. Однако профессионализм в этом деле бывает, что и мешает. Очень многим моим знакомым музыкантам вообще по барабану на чем музыку слушать, у них она в голове играет как надо.

Ну вот, теперь и Андрей не угодил.. Да что ж такое-то???

Игорь, идеального эксперимента у меня сейчас все равно не получится. Да его, возможно вообще нельзя сделать.
Я искренне хотел большей адекватности измерений и слуховых ощущений. И это в первом приближении получилось.

Но пока объяснить, почему у одного усилителя звучание чуть "проще", особенно на ВЧ, я не могу.
Пробовал и непараметрические методы анализа.
Если сейчас в этой ветке я представлю результаты рангового анализа и корреляцию статистик, меня посчитают просто за сумасшедшего (судя по реакции уважаемой публики на намного более понятные и традиционные подходы). Поэтому пока - амплитуды, фазы, спектры и "послушать"

[Orion33]

Они действительно могут отличаться на слух, потому что для системы воспроизведения это очень разные сигналы, т.к. они различаются по скорости изменения (нарастания/спада) напряжения и по амплитуде. Поэтому усилитель вносит в них разные искажения, а колонки еще и по по-разному их воспроизводят. Так что заметность разницы на слух в этом случае ни о чем не говорит, эксперимент должен быть поставлен грамотно. А любая система корежит эти сигналы по-разному, если только она не имеет нулевые искажения.

Вот и я про то говорю. Тестировать тракт на одном сигнале (более легком для него или более сложном - это не принципиально), а потом утверждать, что такие же искажения будут на исходном - весьма спорное утверждение.

[Semigor]

Offтопик:
Orion33, есть такой параметр - минимальный ток коммутации. У некоторых типов тумблеров он может достигать 100мА на переменном токе.

[vladimir sim]

bukvarev, вы с Гапоновым сделали огромное, нужное дело . Но не отвлекайтесь на bondar100, Гапоненко, Cемигора с его неавторизованными тумблерами- это все отвлечение на негодную цель забалтыванием. Метода ваша хоть как то коррелирует с восприятием, и это здорово.

[Валет]

Если вы имеете в виду производную по времени, то нет. Максимальная скорость изменения напряжения сигналов одинакова (легко проверяется непосредственным вычислением).

Я имею в виду, что математически, как функция времени, эти сигналы выглядят совершенно по-разному и их произведение на передаточную функции усилителя, т.е выходные напряжения тоже будут разными. Например, кривизна передаточной функции на участке между амплитудными значениями исходного меандра и преобразованного никак не отразится на исходном, а на преобразованном будет заметна. Крайний случай – клип на этом участке – на исходном меандре не отразится, а для преобразованного будет катастрофическим.
Естественно, имеется в виду, что оба сигнала имеют одинаковое эффективное напряжение

[bukvarev]

bukvarev, вы с Гапоновым сделали огромное, нужное дело . .. Метода ваша хоть как то коррелирует с восприятием, и это здорово.

Еще с Андреем и Александром
Спасибо!

[hydr]

А потом, не разобравшись, выдали вердикт:......................................


А если бы Вы внимательно разобрались в том, что предлагается, то поняли бы, что предлагается учитывать переходные процессы реального сигнала и не применять "наложение" ........................................


А если реально посмотреть, что сейчас получилось:
Предложен способ, который дает очень неплохую оценку качества усилителя.........................................


Да, возможны еще нерешенные вопросы,

Как раз попробовал разобраться. Имею некоторое представление о предлагаемых методах. Теперь по сути.

1. В основе предварительное разложение сигнала на спектральные составляющие т.е. это самое наложение.


2. Преобразование Гильберта неприменимо для точного исследования нестационарных и нелинейных процессов. Для облегчения обработки результатов введен ряд упрощений, нивелирующий "малости". Как пример, Вы не получите точного результата при двойном преобразовании при наличии "постоянной" составляющей или тренда. Если бы преобразование Гильберта было всесильным инструментом ( а на таком ошибочном представлении построен Ваш метод) то не стал бы Хуанг его модернизировать. Сегодня вроде как всемирно признан его подход. Но даже в этом случае не понятно как определить метрологические характеристики метода.


3. Так, что мне кажется, нужно Вам коллега ( по части нерешенных вопросов) вернуться к исходной позиции и попробовать другой путь.



С уважением hydr.

[Валет]

Еще с Андреем и Александром
Спасибо!

Для кого-то коррелирует, для кого-то нет. Слух и внушаемость у всех разные, не надо говорить за всех.

[bukvarev]

1. В основе предварительное разложение сигнала на спектральные составляющие т.е. это самое наложение.

Я анализирую целиком музыкальный фрагмент. Это преобразование практически без искажений. Фурье преобразование в данном случае - просто самое рациональное.

Преобразование Гильберта неприменимо для точного исследования нестационарных и нелинейных процессов...

Опять же, смотря для чего и как его применять. Если применять в оконном преобразовании, то да, неприменимо. Если обрабатывать вектор целиком, то применимо и обеспечивает заранее известную погрешность.

Фактически, я анализирую мощность векторов пространства, которые становятся ненулевыми из-за нелинейных искажений и шума в тракте.

Метрологические характеристики - отношение "Сигнал/нелинейные искажения+шум" а полосах, предварительно исключенных из исходного сигнала. И сравнение этого отношения в среднем и в динамике с измеренными порогами заметности. Все прозрачно и очень просто.

[Mexap]

Semigor, Игорь, привет, честно говоря я немало был удивлён вчерашним экспериментом.
Каменный окрашивал лёгким однообразным призвуком весь звуковой материал: от тарелочек и треугольников, до легкого однообразия сибилянтов, в середине был некий "харш", по басу интересные отличия - в одном случае бочка торчала над басом, в другом(MW) - звучали слитно. Все шипяще-импульсные звуки также сопровождались неким однообразным шумоподобным хвостом, также он звучал будто-бы "быстрее" чем MW, ярче. MW был разнообразнее и спокойнее в подаче всей музыки. Это всё субъективно. Слушали от симфонических составов(Вебер\Реквием) через камерное барокко к Майклу Джексону и современной электронике.
Да, Эму и тумблер ограничивали слуховой опыт, а также то, что слушали в МОНО. Но тем не менее.

[eksaedr]

Фактически, я анализирую мощность векторов пространства,

Не верно, Вы анализируете изменение одного вектора, в этом ошибка.

[hydr]

Я анализирую целиком музыкальный фрагмент. Это преобразование практически без искажений. Фурье преобразование в данном случае - просто самое рациональное.

Опять же, смотря для чего и как его применять. Если применять в оконном преобразовании, то да, неприменимо. Если обрабатывать вектор целиком, то применимо и обеспечивает заранее известную погрешность.

Коллега в связи с Вашим ответом у меня два вопроса:

1. Фурье преобразование - " практически без искажений" и " заранее известная погрешность" двойного преобразования Гильберта, это сколько?
2. Что значит "обрабатывать вектор целиком".

В вопросах нет никакого сарказма, надеюсь Вы ответите на них исчерпывающе.

С уважением hydr.

[Валет]

слушали в МОНО

В режиме моно можно прослушивать оба усилителя одновременно как здесь, пост 171, разница очевиднее.